水輪發(fā)電機(jī)組中金屬結(jié)構(gòu)件大多為環(huán)狀或半環(huán)狀的結(jié)構(gòu)，且其形位尺寸及尺寸精度要求高。轉(zhuǎn)輪室是水輪機(jī)的重要結(jié)構(gòu)之一，形式為環(huán)狀，由Q235A與SI35兩種材質(zhì)組焊而成。

傳統(tǒng)的去應(yīng)力方法是采用熱時效工藝，但因轉(zhuǎn)輪室材質(zhì)屬于異種鋼焊件，若采用熱時效，會因兩種材質(zhì)線膨脹系數(shù)不同而再生熱應(yīng)力，割撐后需進(jìn)一步火焰矯正尺寸，這樣不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且增加制作成品和延長制作工期。

所以決定采用新工藝振動時效去應(yīng)力，為證明振動時效工藝對轉(zhuǎn)輪室的適用性，將分辨制作的兩個半圓轉(zhuǎn)輪室A與B進(jìn)行如下對比試驗(yàn):時效前測A與B的焊接殘余應(yīng)力；A件熱時效、B件振動時效；測時效后A與B的殘余應(yīng)力；測量去掉焊接工藝支撐后A與B的尺寸變化量。

試驗(yàn)操作步驟

時效前工件應(yīng)力測試

采用盲孔法對試驗(yàn)前的工件進(jìn)行殘余應(yīng)力測量

A、B件進(jìn)行時效

A件測應(yīng)力后送去熱時效

B件測應(yīng)力后進(jìn)行振動時效

選用JH-700智能頻譜交流振動時效設(shè)備，將工件用橡膠墊三點(diǎn)自由支撐，激振器卡在半圓筒SI35側(cè)法蘭端角部，因裝卡不方便，電機(jī)軸與半圓筒軸垂直、與半圓筒直徑平行，激振器偏心調(diào)為60°，利用振動時效設(shè)備的手動功能做振前掃頻，并在線打印出掃頻曲線及相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示工件在工作范圍內(nèi)有三個峰值，因工件較大，利用遙控操作激發(fā)并識別三個峰值分別對應(yīng)的振型，發(fā)現(xiàn)半圓筒體B在第三個階峰6400r/min左右為周向高階彎曲，根據(jù)時效機(jī)理，殘余應(yīng)力須與動應(yīng)力疊加才能得到降低，根據(jù)力學(xué)知識可知，該階振型正好可將動應(yīng)力疊加到多數(shù)影響并控制尺寸的關(guān)鍵焊縫上，所以該振型所對應(yīng)的峰值是有效峰值之一。綜上所述，加速度振頻終選在6447r/min處進(jìn)行時效，14min后加速度值上升變平，滿足JB/T5926.2-91中4.1.2a，因此可以判定該工件已達(dá)到時效目的。為進(jìn)一步驗(yàn)證該工件時效效果，又進(jìn)行振后掃頻，同時在線打印結(jié)果，發(fā)現(xiàn)被時效峰前移升高，滿足JB/T5926.2-91中4.1.2c，證明確實(shí)已達(dá)到時效效果。時效完畢。

時效后殘余應(yīng)力檢測

對A、B件做時效后應(yīng)力測試，熱試效后應(yīng)力降低并大多數(shù)變?yōu)閴簯?yīng)力，振動時效后應(yīng)力大幅度降低，部分變?yōu)閴簯?yīng)力，應(yīng)力幅值明顯均化。

去掉焊接工藝支撐后尺寸變化量測量

時效后，把A、B兩個半圓筒的焊接工藝支撐去掉，沿半圓筒軸向測量半圓筒直徑變化，結(jié)果如下：A件（熱時效）直徑變化為+10~+28mm，與往常該工件變化數(shù)據(jù)相近；B件（振動時效）直徑變化只有-4~+5mm，A件需要進(jìn)一步實(shí)施火焰矯正方向可滿足尺寸要求，B件可直接轉(zhuǎn)入下到工序。

結(jié)論

• 在科學(xué)地選擇有效振型，對工件關(guān)鍵部位施加上合適動應(yīng)力后，振動時效能有效降低和均化殘余應(yīng)力值、能*的穩(wěn)定焊接件特別是異種鋼焊接后的尺寸穩(wěn)定性。
• 振動時效比熱時效更節(jié)能、省時、效益顯著。